一种无线能量传输装置制造方法及图纸

一种无线能量传输装置，其能量发送装置与能量接收装置的线圈均包括单线圈和双线圈两种结构形式。单线圈结构的能量发送装置包括第一发送线圈(11)和第一发送磁体(12)。能量发送装置的第一发送磁体(12)、第二发送磁体(23)，以及能量接收装置第一接收磁体(14)和第二接收磁体(26)均由8条相同的磁体构成，每条磁体均为十字形，8条磁体平放在同一平面上，围绕第一发送线圈、第二发送线圈、第一接收线圈或第二接收线圈中心点呈扇形展开，相邻每条磁体中心线之间的角度为45度，每条磁体十字型交点处与第一发送线圈、第二发送线圈、第一接收线圈或第二接收线圈最外圈中心位置重合。

【技术实现步骤摘要】
一种无线能量传输装置
本专利技术涉及一种用于无线能量传输装置。
技术介绍
无线能量传输装置应用前景广泛，但现有无线能量传输装置主要应用于电子设备 充电场合，功率小，传输距离很近。无线能量传输装置应用于大功率场合（如电动汽车充 电）意义重大，也是近年来的研究热点。但这种应用场合要求无线电力传输功率至少达到 数千瓦甚至数百千瓦，这个级别的功率传输必须要求有很高的输电效率，否则不仅会产生 巨大的能量损失，装置的散热也是一个很难解决的问题。 设计高效大功率无线能量传输装置，核心在于线圈和磁体的设计。2006年11月美 国麻省理工学院（MIT)物理系助理教授MarinSoljacic研究小组提出了磁f禹合谐振技术， 采用四线圈无磁体结构。磁耦合谐振技术提出后，许多基于这种技术的无线电力传输方案 相继被提出，它们的一个共同特点为：为了改善性能，将线圈工作在谐振点上。但当线圈并 联谐振电容时，如果线圈和并联电容工作在谐振点上，它所承受的电压将非常高，这给设备 的绝缘能力提出了更高的要求。 中国专利CN102227860A 非接触电力传输装置及其设计方法采用麻省理工学院 (MIT)的设计结构，将第二线圈和第三线圈工作在谐振状态，共振频率为2?7MHz，将这种 结构用在大功率的场合将产生以下3个问题：1.如此高频率的大功率开关电源设计困难； 2.第一线圈和第四线圈与其它线圈的互感会对谐振点造成干扰；3.如果第二线圈和第三 线圈完全工作在谐振点上，这两个线圈以及这两个线圈并联电容的电压将会非常高。 无线能量传输装置线圈和磁体设计的主要目标是在保证能量发送装置与能量接 收装置之间足够的空气气隙的基础上尽量提高线圈互感耦合系数。目前无线能量传输装置 的线圈结构多采用平面盘式并排密绕或螺旋式绕法的形式，这些结构形式不能保证能量发 送装置与能量接收装置之间的线圈互感耦合系数达到最优，无线能量传输系统的功率与效 率受到了限制。其次，目前无线能量传输装置的线圈结构多缺少高导磁率特性的磁体对无 线能量传输装置的磁路进行优化，能量发送装置与能量接收装置之间的线圈互感耦合系数 较低，无线能量传输系统的工作功率与效率不高。另外，磁体的布置方式会对线圈互感耦合 系数和线圈损耗有很大影响，采用适当的磁体结构可有效提高耦合系数并降低线圈损耗。 中国专利CN102946156A 一种无线电力传输装置的线圈没有使用高导磁率特性 的磁性材料对无线能量传输装置的磁路进行优化，这样的线圈结构使能量发送装置与能量 接收装置之间的线圈互感耦合系数较低，无线能量传输系统的工作功率与效率不高。 中国专利CN102280945A 非接触供电装置的线圈采用平面盘式并排密绕的线圈 结构。这种线圈结构正如上文描述的，不能保证能量发送装置与能量接收装置之间的线圈 互感耦合系数达到最优值，无线能量传输系统的功率与效率受到了限制。同时，随着传输距 离增大或传输线圈间发生水平位置偏移，能量传输系统的功率与效率显著下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中能量发送装置与能量接收装置之间的线圈互感 耦合系数低、传输距离较近以及磁体数量多、损耗大的缺点，提出一种新的无线能量传输装 置线圈和磁体结构。 为解决上述技术问题，本专利技术无线能量传输装置的线圈采取以下技术方案： 本专利技术无线能量传输装置包括能量发送装置与能量接收装置两部分，能量发送装 置将高频交流电转换为时变电磁场并通过空气气隙耦合到能量接收装置，能量接收装置将 耦合过来的时变电磁场转换为高频交流电。能量发送装置由发送线圈和发送磁体组成，能 量接收装置由接收线圈和接收磁体组成。无线能量传输装置的能量发送装置和能量接收装 置均包括两种结构形式：单线圈结构和双线圈结构。单线圈结构的无线能量传输装置中，能 量发送装置由第一发送线圈和第一发送磁体构成，能量接收装置由第一接收线圈和第一接 收磁体构成。双线圈结构的无线能量传输装置中，能量发送装置由第二发送线圈、发送放大 线圈和第二发送磁体构成，第二发送线圈和发送放大线圈处于同一平面，构成发送线圈组； 能量接收装置由第二接收线圈、接收放大线圈和第二接收磁体构成，第二接收线圈和接收 放大线圈处于同一平面，构成接收线圈组。 单线圈结构的无线能量传输装置中，第一发送线圈、第一发送磁体、第一接收线圈 和第一接收磁体彼此平行布置，且四者中心位于同一中心轴线上，布置顺序从下到上依次 为第一发送磁体--第一发送线圈--第一接收线圈--第一接收磁体。第一发送磁体与 第一发送线圈之间的距离小于l〇mm，第一接收磁体与第一接收线圈之间距离小于10mm。第 一发送线圈与第一接收线圈之间的距离在100mm至400mm之间。 双线圈结构的无线能量传输装置中，能量发送装置的发送线圈组、第二发送磁体 和能量接收装置的接收线圈组和第二接收磁体彼此平行布置，且四者中心位于同一中心轴 线上，布置顺序从下到上依次为第二发送磁体一发送线圈组一接收线圈组一第二接 收磁体。第二发送磁体与发送线圈组之间的距离小于10_，第二接收磁体与接收线圈组之 间距离小于1〇_。发送线圈组与接收线圈组之间的距离在100mm至400_之间。 单线圈结构和双线圈结构的能量发送装置和能量接收装置具有不同的线圈绕制 方式： 1)单线圈结构的能量发送装置和能量接收装置中 所述第一发送线圈采用平面盘式螺旋稀松绕制的形式，形状采用圆形或正多边 形，线圈导线线材为单股铜线或多股利兹线，由外至内绕制成N1圈，N1 = 2?15,相邻两圈 导线中心距均为L1，线圈导线直径为D1，最外圈导线中心位置与第一发送线圈中心点之间 的距离为R11，R11> = 300mm且Rll〈 = 2000mm，最内圈导线中心位置与第一发送线圈中心 点之间的距离为R12。Dl> = L1且Dl〈 = 3XL1。 所述的第一发送磁体由8条相同的磁体构成，每条磁体均为十字形，十字形磁体 的长度指的是最长方向的尺寸，即十字的坚，第一发送磁体长度定义为LL1，LL1 = (R11-R12)+2XA0,其中A0> = 50mm且A0〈 = 150mm，十字形磁体的高度指的是与长度垂直 方向的尺寸，即十字的横，第一发送磁体高度定义为LH1，磁体的宽度指的是每一面 的宽，即坚和横本身的宽度，第一发送磁体宽度定义为LD1，LD1> = 30mm且LD1〈= 60mm，LHl〈 = 2X (Rll-0. 5XLD1) Xtan22. 5 且LH1> = LD1，磁体厚度均为 LM1，LM1> = 1mm 且LM1〈= 10mm，8条磁体平放在同一平面上，围绕第一发送线圈中心点呈扇形展开，相邻每 条磁体中心线之间的角度为45度，每条磁体十字型交点处与第一发送线圈最外圈中心位 置重合。 所述第一接收线圈采用平面盘式螺旋稀松绕制的形式，形状采用圆形或正多边 形，线圈导线线材为单股铜线或多股利兹线，由外至内绕制成Μ圈，Μ = 2?15,相邻两圈 导线中心距均为L4,线圈导线直径为D4,最外圈导线中心位置与第一接收线圈中心点之间 的距离为R41，R41> = 300mm且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线能量传输装置，包括能量发送装置与能量接收装置两部分，能量发送装置和能量接收装置均由线圈和磁体组成，其特征在于，所述的能量发送装置和能量接收装置均有两种结构：单线圈结构和双线圈结构；单线圈结构的无线能量传输装置中，能量发送装置由第一发送线圈(11)和第一发送磁体(12)构成，能量接收装置由第一接收线圈(13)和第一接收磁体(14)构成；第一发送线圈(11)、第一发送磁体(12)、第一接收线圈(13)和第一接收磁体(14)彼此平行布置，且四者中心位于同一中心轴线上；双线圈结构的无线能量传输装置中，能量发送装置由第二发送线圈(21)、发送放大线圈(22)和第二发送磁体(23)构成，第二发送线圈(21)和发送放大线圈(22)处于同一平面，构成发送线圈组；能量接收装置由第二接收线圈(24)、接收放大线圈(25)和第二接收磁体(26)构成，第二接收线圈(24)和接收放大线圈(25)处于同一平面，构成接收线圈组；第一发送磁体(12)、第二发送磁体(23)、第一接收磁体(14)和第二接收磁体(26)均由8条相同的磁体构成，每条磁体均为十字形，8条磁体平放在同一平面上，围绕第一发送线圈(11)、第二发送线圈(21)、第一接收线圈(13)或第二接收线圈(24)的中心点呈扇形展开，相邻每条磁体中心线之间的角度为45度，每条磁体十字型交点处与第一发送线圈(11)、第二发送线圈(21)、第一接收线圈(13)或第二接收线圈(24)最外圈中心位置重合。...

【技术特征摘要】
1. 一种无线能量传输装置，包括能量发送装置与能量接收装置两部分，能量发送装置 和能量接收装置均由线圈和磁体组成，其特征在于，所述的能量发送装置和能量接收装置 均有两种结构：单线圈结构和双线圈结构；单线圈结构的无线能量传输装置中，能量发送 装置由第一发送线圈（11)和第一发送磁体（12)构成，能量接收装置由第一接收线圈（13) 和第一接收磁体（14)构成；第一发送线圈（11)、第一发送磁体（12)、第一接收线圈（13) 和第一接收磁体（14)彼此平行布置，且四者中心位于同一中心轴线上；双线圈结构的无线 能量传输装置中，能量发送装置由第二发送线圈（21)、发送放大线圈（22)和第二发送磁体 (23)构成，第二发送线圈（21)和发送放大线圈（22)处于同一平面，构成发送线圈组；能量 接收装置由第二接收线圈（24)、接收放大线圈（25)和第二接收磁体（26)构成，第二接收线 圈（24)和接收放大线圈（25)处于同一平面，构成接收线圈组；第一发送磁体（12)、第二发 送磁体（23)、第一接收磁体（14)和第二接收磁体（26)均由8条相同的磁体构成，每条磁体 均为十字形，8条磁体平放在同一平面上，围绕第一发送线圈（11)、第二发送线圈（21)、第 一接收线圈（13)或第二接收线圈（24)的中心点呈扇形展开，相邻每条磁体中心线之间的 角度为45度，每条磁体十字型交点处与第一发送线圈（11)、第二发送线圈（21)、第一接收 线圈（13)或第二接收线圈（24)最外圈中心位置重合。2. 根据权利要求1所述的无线能量传输装置，其特征在于所述的单线圈结构的无线能 量传输装置中，第一发送线圈（11)、第一发送磁体（12)、第一接收线圈（24)和第一接收磁 体（26)的布置顺序从下到上依次为第一发送磁体（12)--第一发送线圈（11)--第一接 收线圈（13)--第一接收磁体（14);第一发送磁体（12)与第一发送线圈（11)之间的距离 为M11，M11小于10mm，第一接收磁体（14)与第一接收线圈（13)之间的距离为M12，M12小 于10mm ;第一发送线圈（11)与第一接收线圈（13)之间的距离为ΡΙΙ,ΡΙΙ在100mm至400mm 之间。3. 根据权利要求1或2所述的无线能量传输装置，其特征在于所述的第一发送线圈 (11)采用平面盘式螺旋稀松绕制的形式，形状为圆形或正多边形，线圈导线线材为单股铜 线或多股利兹线；第一发送线圈（11)由外至内绕制成N1圈，N1 = 2?15,相邻两圈导线中 心距均为L1，线圈导线直径为D1，最外圈导线中心位置与第一发送线圈中心点之间的距离 为R11，R11> = 300mm且Rll〈 = 2000mm，最内圈导线中心位置与第一发送线圈中心点之间 的距离为 R12 ;L1> = D1 且 Ll〈 = 3XD1 ; 所述的第一发送磁体（12)由8条相同的磁体构成，每条磁体均为十字形，十字 形磁体的长度为 LL1，LL1 = (R11-R12)+2XA0,其中 A0> = 50mm 且 A0〈 = 150mm， 十子形磁体的闻度为LH1，磁体的览度为LD1，LD1〉= 30μπ且LD1〈 = 60μπ，LH1〈= 2X (Rll-0. 5XLD1) Xtan22. 5 且 LH1> = LD1，磁体厚度均为 LM1，LM1> = 1mm 且 LM1〈= l〇mm ;8条磁体平放在同一平面上，围绕第一发送线圈的中心点呈扇形展开，相邻每条磁体 中心线之间的角度为45度，每条磁体十字型交点处与第一发送线圈最外圈中心位置重合。4. 根据权利要求1或2所述的单线圈结构的无线能量传输装置，其特征在于所述的第 一接收线圈（13)采用平面盘式螺旋稀松绕制的形式，形状为圆形或正多边形，线圈导线线 材为单股铜线或多股利兹线；第一接收线圈（13)由外至内绕制成Μ圈，Μ = 2?15,相邻 两圈导线中心距均为L4,线圈导线直径为D4,最外圈导线中心位置与第一接收线圈中心点 之间的距离为R41，R41> = 300mm且R41〈 = 2000mm，最内圈导线中心位置与第一接收线圈 中心点之间的距离为R42 ;L4> = D4且L4〈 = 3XD4 ; 所述的第一接收磁体（14)由8条相同的磁体构成，每条磁体均为十字形；十字 形磁体的长度为 LL4, LL4 = (R41-R42)+2XA0,其中 A0> = 50mm 且 A0〈 = 150mm， 十字形磁体的高度为LH4,磁体的宽度为LD4, LD4> = 30mm且LD4〈 = 60mm，LH4〈= 2X (R41-0. 5XLD4) Xtan22. 5 且 LH4> = LD4 ;磁体厚度均为 LM4, LM4> = 1mm 且 LM4〈= l〇mm ;8条磁体平放在同一平面上，围绕第一接收线圈的中心点呈扇形展开，相邻每条磁体 中心线之间的角度为45度，每条磁体十字型交点处与第一接收线圈最外圈中心位置重合。5. 根据权利要求1所述的无线能量传输装置，其特征在于所述的双线圈结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖承林，陈德清，王丽芳，朱庆伟，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11